ANTENA CAKRAM UNTUK PENEMU ARAH 20 - 1300 MHz

(1)

ANTENA CAKRAM UNTUK PENEMU ARAH 20 - 1300 MHz

DISK ANTENNA FOR DIRECTION FINDER 20 – 1300 MHz

Riski Handelta Ginting1_{, Heroe Wijanto}2_{, Yuyu Wahyu}3

Prodi S1 Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom Radar Telekomunikasi Indonesia (RTI), Bandung

1 _{riskihandeltaginting23@gmail.com,}2 _{heroe.wijanto@telkomuniversity.ac.id,} 3 _{yuyu.wahyu@lipi.go.id}

Abstrak

Antena berbentuk seperti cakram yang kegunaanya untuk directional finder dari transmitter musuh yang pengaplikasiannya pada bidang militer. Sebagai kegunaan untuk directional finder, polaradiasi menjadi hal yang sangat mempengaruhi proses pendeteksian gelombang elektomagnetik dari transmitter, karena dibutuhkan hasil keterarahan yang maksimal pada satu sudut arah yang ingin dideteksi. Antena cakram adalah salah satu antena yang dapat menghasilkan polaradiasi yang maksimal pada satu arah, yang terdiri dari elemen pasif menggunakan antena sirkular dan sebuah reflektor.

Disk antenna mampu berkerja pada frekuensi 70 – 1380 MHz, VSWR yang didapat yaitu 1,278 pada frekuensi 70 MHz, 2,083 pada frekuensi 660 MHz, dan 1,659 pada frekuensi 1300 MHz. Pola radiasi antena unidirectional dan berpolarisasi elips. Gain maksimum yang mampu dicapai antena hasil pabrikasi adalah 8,614 dBi. . Pada penggunaanya antena ini akan di letakkan pada markas militer tentara, kemudian dilakukan perubahan sudut sesuai arah yang diingikan untuk directional finder yang diinginkan.

Kata Kunci : Disk Antenna, Directional Finder, Reflector Abstract

Antenna shaped like a disc whose use is for the directional finder of enemy transmitters that have military applications. As a utility for the directional finder, the radiation pattern result greatly affect the electromagnetic wave detection process of the transmitter, because the maximum directional result is required to detect the intended angle. Disc antenna is one antenna that can produce maximum polaradiation in one direction, which consists of a passive element using a circular antenna and a reflector.

Disk antenna is able to work at a frequency of 70 – 1380 MHz, VSWR obtained were 1,278 at a frequency of 70 MHz, 2,083 at a frequency of 1300 MHz. The radiation pattern of the antenna is unidirectional and is elliptically polarised. The maximum gain achieved by a manufactured antenna is 8,614 dBi. The operation of this antenna will be based at an army military headquarters, where adjustments to the angle can be made according to the correct direction for the desired directional finder.

Keyword : Disk Antenna, Directional Finder, Reflector 1. Pendahuluan

Seiring berkembangnya zaman, teknologi semakin maju terlebih pada Radio Detection and Ranging (RADAR) sebagai suatu sistem yang dapat mendeteksi arah suatu transmitter yang memancarkan gelombang elektromagnetik. Antena disk antenna directional finder adalah salah satu alat yang digunakan untuk mendeteksi arah trasmitter yang memancarkan gelombang elektromagnetik..

Pada antena ini digunakan frekuensi 20 – 1300 MHz yang bertujuan agar dapat mendeteksi transmitter yang memancarkan frekuensi rendah. Disk antenna dipilih karena mengingat frekuensi antena yang rendah dan mengakibatkan ukuran antena yang besar dan juga untuk menghasilkan keterarahan yang maksimal. Sedangkan bentuk patch circular sebagai elemen pasif dipilih karena diharapkan mampu memberikan sumbangsih perbaikan kinerja dalam hal polaradiasi. 2. Dasar Teori

2.1 Directional Finding

Antena directional finding digunakan untuk mencari arah dari sumber gelombang radio. Konsepnya menggunakan dua atau lebih perhitungan dari sinyal yang sama, kemudian membandingkan perbedaan dari perhitungan dua sinyal tersebut untuk menentukan arah dari sumber gelombang. Salah satu aplikasi militer paling awal untuk radio adalah directional finding (DF), yang memungkinkan untuk menemukan posisi pesawat musuh dan kapal menggunakan empat komponen utama yaitu antena, receiver, prosesor, dan kontrol output sistem.

2.2 Antena

Antena didefinisikan sebagai sebuah atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk memancarkan atau meneruskan gelombang elektromagnetik menuju ruang bebas atau menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas.

2.3 Antena Directional

Jenis antena ini digunakan pada sisi client dan mempunyai gain yang sangat tinggi yang diarahkan ke Access Point. Atau istilah yang biasanya disebutkan adalah antena narrow beamwidth, yaitu yang mempunyai sudut pemancar

(2)

yang kecil dengan daya lebih terarah, jarak jauh dan tidak bisa menjangkau area yang luas, antena directional seperti grid, dish “parabolic”, yagi, dan antenna sectoral.

2.4 Disk antenna (antena parabolik / parabola)

Antena parabola atau disk antena merupakan antena yang menggunakan reflector berbentuk parabola ataupun piringan, permukaan melengkung dengan bentuk penampang parabola, bisa juga menggunakan reflektor datar sama sisi untuk mengarahkan gelombang radio. Penggunaan antena parabolik dalam tugas akhir ini bertujuan untuk mendapatkan directivity tinggi.

2.4.1 Kontruksi Antena Parabola 2.4.1.1 Feeder

Feeder adalah bagian dari antena parabola yang berfungsi untuk mengumpankan energy ke reflektor yang kemudian dipantulkan menuju kesatu arah. Feeder pada umumnya diletakkan pada bagian titik fokus reflektor. Perhitungan nilai titik fokus wajan dilakukan dengan menggunakan rumus :

𝑓𝑤 = 𝐷𝑤

2 16 𝑑𝑤

Dimana:

Dw = Diameter wajan, dw = Kedalaman wajan, fw = Titik fokus 2.4.1.2 Reflektor

Pada antena parabola reflektor terdapat feed ( sumber pemancar primer) yang terletak pada titik fokus yang pancarannya diarahkan ke reflektor parabola, sehingga jika berkas sinyal mengenainya, berkas ini direfleksikan sesuai dengan hokum Snellius, yaitu sudut datang = sudut pantul. Dengan adanya reflektor, energi pancaran bisa lebih dikonsentrasikan atau lebih bisa terarah menuju ke satu arah. Karena berkas sinyal akan pararel dan tidak menyebar diruang.

2.5 Model Radiasi Antena Parabola

Pola radiasi dari sebuah antena parabola yang prinsip kerjanya adalah seperti cermin cekung dimana sinyal yang datang dari arah depan difokuskan pada titik fokusnya sehingga lebih terarah dalam pancarannya dan di titik inilah terdapat level sinyal yang paling tinggi.

2.6 Gain Antena Parabola

Untuk mengetahui gain/penguatan dari antena parabola dapat menggunakan persamaan berikut :

𝐺 = 10 𝐿𝑜𝑔 𝐸𝑓𝑓 + 20 𝐿𝑜𝑔 𝑓 + 20 𝐿𝑜𝑔 𝐷 + 20,4

Dimana :

G = Gain (dB), Eff = Effisiensi parabola dish (pada umumnya 0,55), F = Frekuensi (GHz), D = Diameter parabola dish (m)

Gain dari antena parabola dipengaruhi oleh : 1. Panjang gelombang dari frekuensi kerja. 2. Diameter antena parabola.

3. Kedalaman antena parabola.

Untuk menghitung nilai efisiensi dapat digunakan persamaan berikut :

𝑓 =𝐹 𝐷

Dimana :

f = efisiensi, F = frekuensi, D = diameter parabola 3. Perancangan dan Simulasi

Untuk memudahkan proses perancangan dan pembuatan antena pada Tugas Akhir ini dibagi menjadi 4 tahapan. Pertama dilakukan dengan penentuan spesifikasi antena. Kedua menentukan dimensi antena dan reflektor sesuai perhitungan. Ketiga perancangan dengan software cst 2017 dan yang terakhir adalah realisasi antena sesuai dengan hasil simulasi yang telah dioptimasi.

3.1 Spesifikasi Antena

Berikut spesifikasi disk antenna yang direalisasikan: 1. Frekuensi Kerja : 660 MHz

2. Frekuensi Bawah : 20 MHz 3. Frekuensi Atas : 1300 MHz

4. VSWR : ≤ 2

5. Return Loss : ≤ - 10 dB 6. Pola radiasi : Unidirectional 7. Polarisasi : Linier

8. Bandwidth : ≥ 1280 MHz 9. Gain : 8 dBi ≤ G ≤ 18 dBi

(3)

10. Impedansi : 50 Ω konektor SMA

Tugas Akhir ini direalisasikan dengan menggunakan bahan aluminium pada circular antenna maupun reflektornya. Berikut spesifikasi aluminium yang digunakan:

1. Permitifitas dielektrik bahan ( 𝜀𝑟 ) : 9,5

2. Permiabilitas relative ( µ𝑟) : ≤ 1

3. Tebal aluminium : 0,5 mm

4. Impedansi karakteristik saluran : 50 Ω 3.2 Perancangan Antena

3.2.1 Perancangan Dimensi Antena

Dimensi antena dipengaruhi oleh jenis bahan antena dan frekuensi antena tersebut. Semakin besar frekuensi yang dipakai maka semakin kecil dimensi antena yang dibuat, begitupun sebaliknya bila frekuensi yang dipakai kecil maka dimensi antena semakin besar.

3.2.2 Dimensi Patch dan Susunan Antena

Besar panjang gelombang pada frekuensi 20 – 1300 MHz yang dihitung dengan cara sebagai berikut :

 Panjang Gelombang

𝜆 = 3 × 10 8

660 × 106= 0,45 𝑚  Dimensi patch

Menghitung jari-jari disk antenna dengan rumus keliling lingkaran sebagai berikut :

𝑟 = 45 𝑐𝑚 2

r = 22,5 cm

Gambar 3.2 Dimensi Awal Antena Sirkular Gambar 3.3 Perancangan Dimensi Awal Antena 3.2.3 Dimensi Antena Reflektor

Dalam pembuatan reflector antenna biasanya sedikit lebih pajang dari driven elementnya atau circular antenna. Yang berfungsi untuk memblok atau memantulkan radiasi yang mengarah ke belakang agar menuju ke depan. Panjang reflector sangat berpengaruh terhadap FBR ( Front to Back Ratio) dan impedansi input antena. Bentuk reflector yang digunakan adalah jenis reflektor datar sama sisi.

Gambar 3.1 Dimensi Awal Reflektor 3.3 Simulasi dengan Software

Tahap selanjutnya dalam perancangan antena adalah melakukan simulasi terhadap desain dimensi antenna yang dilakukan perhitungan. Simulator yang digunakan yakni CST Microwave Studio 2017.

3.4 Hasil Simulasi 3.4.1 Hasil Return Loss

 Hasil Return Loss Tanpa Reflektor

Gambar 3.2 Grafik return loss tanpa reflektor sebelum optimasi  Hasil Return Loss Dengan Reflektor

(4)

Gambar 3.3 Grafik return loss dengan reflektor sebelum optimasi Berikut hasil grafik return loss disk antenna setelah dilakukan optimasi :

Gambar 3.4 Grafik return loss disk antenna setelah optimasi 3.4.2 Hasil VSWR dan Bandwidth

 Hasil VSWR Tanpa Reflektor

Gambar 3.5 Hasil VSWR tanpa reflektor simulasi awal  Hasil VSWR Dengan Reflektor

Gambar 3.6 Hasil VSWR dengan reflektor simulasi awal Berikut hasil nilai VSWR dan bandwidth setalah dilakukan optimasi :

Gambar 3.7 Hasil VSWR setelah optimasi 3.4.3 Hasil Polaradiasi

3.4.3.1 Hasil Polaradiasi Tanpa Reflektor  Pada Frekuensi 71 MHz

Gambar 3.8 Pola radiasi azimuth frekuensi 71 MHz tanpa reflector, Gambar 3.9 Pola radiasi elevasi frekuensi 71 MHz tanpa reflector

(5)

 Pada Frekuensi 660 MHz

Gambar 3.10 Pola radiasi azimuth frekuensi 660 MHz tanpa reflector, Gambar 3.11 Pola radiasi elevasi frekuensi 660 MHz tanpa reflector

Gambar 3.12 Pola radiasi azimuth frekuensi 1300 MHz tanpa reflector, Gambar 3.13 Pola radiasi elevasi frekuensi 1300 MHz tanpa reflector

3.4.3.2 Hasil Polaradiasi dengan Reflektor  Pada Frekuensi 71 MHz

Gambar 3.14 Pola radiasi azimuth frekuensi 71 MHz dengan reflector, Gambar 3.15 Pola radiasi elevasi frekuensi 71 MHz dengan reflektor

Gambar 3.16 Pola radiasi azimuth frekuensi 660 MHz dengan reflector, Gambar 3.17 Pola radiasi elevasi frekuensi 660 MHz dengan reflector

Gambar 3.18 Pola radiasi azimuth frekuensi 1300 MHz dengan reflector, Gambar 3.19 Pola radiasi elevasi frekuensi 1300 MHz dengan reflector

(6)

Gambar 3.20 Bentuk polarisasi antena tanpa reflector, Gambar 3.21 Bentuk polarisasi antena dengan reflector 3.4.5 Impedansi

Gambar 3.22 Simulasi impedansi antena tanpa reflector, Gambar 3.23 Simulasi impedansi antena dengan reflector 3.4.6 Gain

Gambar 3.24 Gain hasil simulasi tanpa reflector, Gambar 3.25 Gain hasil simulasi dengan reflector 3.4.7 Pemodelan Prototype

Gambar 3.26 Prototype tampak depan 4. Hasil dan Analisis

4.1 Hasil Pengukuran dan Analisis Return Loss

(7)

4.2 Hasil Pengukuran dan Analisis VSWR dan Bandwidth

Gambar 4.2 Hasil pengukuran VSWR 4.3 Hasil Pengukuran dan Analisis Impedansi

Gambar 4.3 Hasil pengukuran impedansi 4.4 Hasil Pengukuran dan Analisis Gain

Setelah didapatkan hasil pengukuran gain yang kemudian dimasukkan kedalam rumus gain, mendapatkan nilai gain yaitu 8,614 dBi. Berikut perbandingan gain hasil simulasi dan pengukuran :

Tabel 4.2 Perbandingan gain maksimum simulasi dan pengukuran 4.5 Hasil Pengukuran dan Analisis Polaradiasi

 Frekuensi 71 MHz

(a) (b)

Gambar 4.4 Pola radiasi azimuth (a) dan pola radiasi elevasi (b) hasil pengukuran frekuensi 71 MHz  Frekuensi 660 MHz

(a) (b)

Gambar 4.5 Pola radiasi azimuth (a) dan pola radiasi elevasi (b) hasil pengukuran frekuensi 660 MHz  Frekuensi 1300 MHz

(8)

(a) (b)

Gambar 4.6 Pola radiasi azimuth (a) dan pola radiasi elevasi (b) hasil pengukuran frekuensi 1300 MHz 4.6 Hasil Pengukuran dan Analisis Polarisasi

 Frekuensi 71 MHz

Rasio kuat medan elektrik(AR) = √8,95 × 10−8 1,13 × 10−10

= 28,14𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑖𝑘

= 14,49 dB

Karena nilai aksial rasio yang didaptkan diantara 3 dB < AR < 40 dB maka polarisasi yang didapat adalah elips.  Frekuensi 660 MHz

= 2,07𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑖𝑘𝑘

= 3,15 dB

Karena nilai aksial rasio yang didapat diantara 3 dB < AR < 40, maka polarisasi yang didapatkan adalah elips.  Frekuensi 1300 MHz

= 5,59𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑖𝑘

= 7,47 dB

Karena nilai aksial rasio yang didapat diantar 3 dB < AR < 40, maka polarisasi yang didapat adalah elips. 5. Kesimpulan

1. Antena yang telah direalisasikan pada tugas akhir ini dapat bekerja pada frekuensi 70 – 1310 MHz untuk directional finder.

2. Berdasarkan hasil pengukuran, dish antena ini sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan. VSWR ≤ 2 pada rentang frekuensi 70 – 1310 MHz atau bandwidth 1310 MHz. Return loss ≤ -10, dan gain maksimal sebesar 8,614 dBi. 3. Pada dish antena yang direalisasi, bandwidth antena sudah terpenuhi sebesar 1310 MHz.

4. Pada dish antena yang direalisasi terjadi peningkatan gain sebesar 0,264 dBi dan penurunan bandwidth sebesar 119 MHz dibandingkan dengan hasil simulasi

5. Pola radiasi yang dihasilkan adalah unidirectional,sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan.

6. Polarisasi yang diinginkan adalah linier, sedangkan pada hasil pengukuran dihasilkan polarisasi elips (70 MHz), elips (660 MHz), dan elips (1310 MHz) yang disebabkan oleh area pengukuran yang tidak ideal.

7. Fungsi reflector pada disk antenna mempengaruhi karakteristik antena terutama pada gain dan pola radiasi sebuah antena.

6. Saran

1. Meningkatkan ketelitian dalam merealisasikan antena.

2. Mencoba memvariasikan bentuk reflector antena, dimensi, peletakan reflector dan jenis catuannya kemudian pengaruh terhadap parameter antena.

3. Pengukuran dilakukan di ruangan/area yang benar – benar memenuhi syarat pengukuran antena.

DAFTAR PUSTAKA

[1]"Radio Direction Finding Equipment".,Encyclopedia of Espionage, Intelligence, and Security. Encyclopedia.com.16 Mar.2017<http://www.encyclopedia.com>

[2]R. D. Straw, Ed., The 1998 ARRL Handbook for Radio Amateurs (Newington, CT:ARRL), Chapter23. [3]Laboratorium Antena, Modul Praktikum Antena dan Propagasi S1 Teknik Telekomunikasi.: Universitas

Telkom, 2015.

[4]Balanis, Constantine A. "Antenna Theory : Analysis and Design."Published by John Wiley & Sons, Inc.,Hoboken,New Jersey, 1982.

[5]J.D. Krauss, Antennas., United States: Wiliey Inter Science, 1998. [6]Perez, Reinaldo, “ Wireless Communication Design.”, 1998.